Газоанализатор Советский патент 1982 года по МПК G01N25/48 

(5) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к анализу газов с помощью тепловых средств и предназначено для определения концент рации водяных паров в воздушных и газовых средах. Известен термодесорбционный газоанализатор, содержащий сорбирукаций терморезистор, включенный в плечо из мерительного моста, источник стабилизированного питания, ключ, нуль-орган и измеритель интервалов времени, Вы ходным сигналом газоанализатора является время прогрева сорбирующего терморезистора от окружающей до фиксированной температуры, задаваемой соот ношением постоянных сопротивлений моста 1. Недостатком известного газоанализа тора является зависимость его показаний от температуры анализируемой среды. Это объясняется тем, что время прогрева сорбирующего терморезистора до фиксированной температуры меняется с изменением его начальной температуры и зависит от количества поглощенного им газового компонента, которое является функцией не только концентрации этого компонента в анализируемой среде, но и ее температуры. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является газоанализатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбирующим терморезистором в плече, нуль-органом в измерительной диагонали и последовательно соединенными источником постоянного тока и первым ключом в диагонали питания, управляемые ключи, запоминающий элемент, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент задержки и триггер, к выходу которого подключен управляющий вход первого ключа, а к второму входу - выход нуль-органа. Известный газоанализатор имеет простую электрическую схему, обеспечивает непрерывный контроль исправности схемы и позволяет получить до392полнительную измерительную информацию о температуре анализируемой среды 2 Недостатком известного устройства является, незначительное уменьшение температурной погрешности измерения, что объясняется неравномерным и нестабильным прогревом анализируемой среды из-за ее потоков, и, в частности, конвективных, вокруг сорбирующего терморезистора в период стабилизации его начальной температуры. Другим недостатком устройства являются довольно большие затраты электрической энергии обусловленные тем, что стабилизация начальной температуры должна осуществляться весь период сорбции, который Г (ожет продолжаться в зависимости от конкретной измерительной задачи и применяемого типа сорбента достаточно долго, более одной минуты Однако малая достоверность дополнител ной информации о температуры анализируемой среды объясняется тем, что выходной сигнал, по которому судят о температуре анализируемой смеси, зависит от теплоотдачи нагретого до постоянной начальной температуры рабочего терморезистора, а, как известно, теплоотдача в этом случае зависит не только от температуры анализируемой смеси, но и от целого ряда других пераметров, например состава, скорости движения, вязкости, теплопроводности и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации газового компонента в газовой смеси и одно временное увеличение достоверности дополнительной информации и температуре газовой смеси. Поставленная цель достигается тем что в газоанализатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбирующим терморезистором в плече, нуль-органом в измерительной диагона ли и последовательно соединенными ис точником постоянного тока и первым ключом в диагонали питания, управляемые ключи, запоминаний элемент, а также последовательно соединенные ге нератор импульсов, элемент задержки триггер, к выходу которого подключен управляю ий вход первого ключа, а к второму входу - выход нуль-органа, введены источник опорного напряжения два двухвходовых сумматора, интегратор и формирователь импульсов, причем интегратор включен между выходом первого и входом второго сумматоров и подключен управляющим входом к выходу генератора импульсов, вход формирователя импульсов соединен с выходом триггера и с управляющими входами второго и третьего ключей, а выход с управляющим входом четвертого ключа, включенного между выводом сорбирующего терморезистора и входом запоминающего элемента, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и через третий ключ - к одному из входов первого сумматора, другой вход которого через второй ключ соединен с выходом источника опорного напряжения, причем смежное с сорбирующим терморезистором плечо моста выполнено со средним выводом, соединенным с шиной нулевого потенциала газоанализатора, при этом, выходом газоанализатора является выход второго сумматора. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого газоанализатора. Газоанализатор содержит четырехплечий мост, образованный сорбирующим терморезистором 1 и резисторами 2-4, нуль-орган 5, источник 6 постоянного тока, управляемые ключи 7-10, формирователь 11 импульсов, триггер 12, элемент задержки 13, генератор 1 импульсов, запоминающий элемент 15, источник 16 опорного напряжения и последовательно соединенные сумматор 17, интегратор 18 и сумматор 19, выход которого является выходом газоанализатора. Газоанализатор работает следующим рбразом. Чувствительный элемент, помещенный в анализируемую среду, сорбирует определяемый компонент в течение заданного периода времени. По окончании этого периода генератор 14 выдает запускающий импульс на вход элемента задержки 13 и на управляющий вход интегратора 18. В последнем под воздействием этого импульса устанавливаются нyлeв зle начальные условия. По истечении времени задержки опрокидывается триггер 12, в результате чего ключи одновременно замыкаются, и по ветвя |1 мостовой цепи начинает протекать электрический ток от источника 6. Ключ 8 после его замыкания сразу же размыкается. Время его замкнутого состояния определяется параметрами формирователя 11 импульсов и задается таким, чтобы напр жение между точками а и 5 поста прошло на запоминающий элемент 15 тольк в начальный момент подачи питания на мост. Это напряжение однозначно опр деляет сопротивление, а следовательно, и температуру рабочего терморезистора, которую он имеет до начала измерения. По сути дела формирова тель 11 импульсов, ключ 8 и запомина ющий элемент 15 выполняют функции схемы выборки-хранения, сигнал которой несет информациою о начальной температуре сорбирун щего терморезистора и используется для коррекции основного сигнала газоанализатора. Ключи 7, 9 и 10 остаются в замкнутом состоянии на протяжении всего периода Т нагрева рабочего терморезистора 1 от начальной до заданной темпер туры. При этом на входы сумматора 17 поступают опорное напряжение (} от источника 16 и корректирующее напряжение UjjQjpT запоминающего элемента 15. Напряжение входе сумматора 17 умножается на коэффициент К Результирующее напряжение с выхода сумматора 17 поступает на вход интегратора 18. Напря хение Ца. значение которого равно интервалу от суммируется о сумматоре 19 с кор ректирующим напряжением ,умноженным на коэффициент K,. В результате невыходе газоанализатора имеем сигнал, знамение которого определяется выражением i(Uo + K,U,dt +. После интегрирования получаем Ь, и -т °-.т + т. где Г, - постоянная интегрирования; (JQ const; К,Кр - коэффициенты передачи сумм маторов 17 и 19 соответственно по входам корректирующего напряжения, их значения выбираются в зав1 симости от типа применяемого „ сорбента; Т - период интегрирования, равный времени прогрева сорбирующего терморезистора от начальной до заданной температуры. Рассмотрим последнее равенство. Первое слагаемое -Т является выражением основного нескорректированног сигнала, содержащего мультипликативную и аддитивную составляющие температурной погрешности измерения. Второе слагаемое дг--и.,..Д является выра и ° жением вспомогательного сигнала, компенсирующего в предлагаемом газоанализаторе мультипликативную составляющую, а третье слагаемое К и рЯвляется выражением сигнала, компенсирующего аддитивную составляющую температурной погрешности. Причем знаки компенсирующих сигналов зависят от знака напряжения определяется выбором положения среднего вывода в смежном с сорбирующим терморезийтором плече моста, т.е. выбором температуры анализируемой среды, при которой статическая характеристика газоанализатора принята за номинальную, и сигнал коррекции и рравен нулю. Предлагаемый газоанализатор может быть использован для измерения отно сительной влажности и температуры воздуха и других, газов на объектах промышленного и сельскохозяйственного производств. Его использование позволяет увеличить точность измерения относительной влажности и дает возможность с помощью одного чувствительного элемента получить информацию одновременно о двух параметрах - влажности и температуре анализируемой среды. Формула: изобретения Газоанализатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбиру,ющим терморезистором в плече, нульорганом в измерительной диагонали и последовательно соединенными источником постоянного тока и первым ключом в диагонали питания, управ-ляемь1е ключи, запоминающий элемент, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент задержки и триггер, к выхрду которого подключен управляющий вход первого ключа, а к второму входу - выход нульоргана, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения концентрации газового компонента в газовой смеси, в него введены источник опорного напряжения, два двухвходовых сумматора, интегратор и формирователь импульсов, причем интегратор включен между выходом первого и входом второго сумматоров и подключен управляющим входом к выходу генератора импульсов, вход формиревателя импульсов соединен с выходом триггера и с управляющими входами второго и третьего ключей, а выход - с управляющим входом четвертого ключа, включенного между выводом сорбирующего терморезистора и входом запоминающего элемента, выход KOTOpOf o подключен к второму входу второго сумматора и через третий ключ - к одному из входов первого сумматора, другой вход которого через второй ключ соединен с выходом .источника опорного напряжения.

причем смежное с сорбирующим терморезистором плечо моста выполнено со средним выводом, соединенным с шиной нулевого потенциала газоанализатора, при этом выходомгазоанализатора является выход второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).